4.3. Защита силовых трёхобмоточных трансформаторов

4.3.1. Расчёт параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты трансформатора тдтн – 63000/110/38,5/6,6 −у-1 на реле типа дзт – 21

Проблема повышения коэффициента чувствительности дифференциальных защит трансформаторов является актуальной на сегодняшний день, так как практика показывает, что чувствительность защиты с реле ДЗТ – 11 лишь с трудом удовлетворяет предельным минимальным значениям [9]. Защиты трансформаторов на современных полупроводниковых дифференциальных реле ДЗТ – 21 обладают более совершенной системой отстройки от токов небаланса и бросков тока намагничивания, и как следствие обладают в 3 – 5 раз большей чувствительностью по сравнению с защитами на электромеханических реле ДЗТ – 11 [9]. В связи с этим в данном проекте рассматривается модернизация комплекса релейной защиты трёхобмоточных силовых трансформаторов на более современные полупроводниковые реле. Трансформаторы имеют систему регулирования под нагрузкой (РПН) на стороне ВН 9×1,783% номинального и регулирование напряжения на стороне СН2×2,25% номинального (при отключенном трансформаторе).

Расчёт ведём в соответствии с изложенной в [9] методикой:

1. Определение первичных токов для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующих его номинальной мощности.

, (4.2)

где − номинальная мощность защищаемого трансформатора,

кВА;

−номинальное напряжение высокой, средней или низкой

стороны трансформатора, кВ.

Ток на стороне ВН:

А.

Ток на стороне СН:

А.

Ток на стороне НН:

А.

2. В соответствии со схемой соединения обмоток силового трансформатора выбираем схему соединения вторичных обмоток трансформаторов тока (ТА). При этом устанавливаем в дифференциальные цепи три реле ДЗТ – 21.

Расчётные коэффициенты ТА определяются по формуле:

, (4.3)

где − номинальный расчётный ток на сторонах защищаемого

трансформатора, А;

А − номинальный вторичный ток ТА;

−коэффициент схемы соединения обмоток

для ;

для .

На стороне ВН:

.

Округляя до стандартного в большую сторону, можно взять ТА с .

На стороне СН:

. Принимаем .

На стороне НН:

. Принимаем .

3. Определение вторичных токов в плечах защиты.

, (4.4)

где − номинальный расчётный первичный ток на сторонах

защищаемого трансформатора, А;

−коэффициент схемы соединения обмоток ТА;

−коэффициент трансформации ТА для данной стороны.

На стороне ВН:

А .

На стороне СН:

А .

На стороне НН:

А .

4. Номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле на основной стороне определяется выражением:

(4.5)

Принимаем по [9, табл.4.1] А.

5. Расчётный ток ответвления выравнивающих автотрансформаторов тока на неосновных сторонах определяется по формуле:

, (4.6)

Для стороны СН:

А.

В связи с тем, что ближайший наименьший ток ответвления трансреактора равен 3,63 А [9, табл.4.1], что значительно отличается от 4,1 А, то целесообразно включение выравнивающего автотрансформатора. Поскольку значение находится в пределе от 2,5 А до 5 А, можно применять как АТ – 31, так и АТ – 32. При этом подобранный коэффициент трансформации автотрансформатора, который в максимальной степени соответствует одному из значений токов трансреактора, составляет[9, табл.4.3]. Это значение коэффициента соответствует понижающему автотрансформатору АТ – 32, посколькуА, что в свою очередь соответствует номинальному току ответвления №6 трансреактора [9, табл.4.1]. При использовании АТ – 32 с такимвторичные обмотки ТА на стороне СН следует подключить к входным клеммам автотрансформатора 1 – 9, а реле ДЗТ – 21 – к выходным клеммам 1 – 7 [9, табл. 4.3].

Для стороны НН:

А.

Поскольку полученное значение тока практически не отличается от номинального тока ответвления №2 трансреактора [9, табл. 4.1], то нет необходимости устанавливать выравнивающий автотрансформатор.

6. Расчётный ток ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения реле определяется по формуле:

, (4.7)

где − коэффициент трансформации выравнивающего

трансформатора на стороне, где осуществляется

торможение. Если автотрансформатора нет, то .

Сторона ВН (основная): А;

Сторона СН, ,А;

Сторона НН, ,А.

На основании [9, табл.4.4] выбираем номинальный ток, равный или ближайший меньший расчётного, и номер принятого ответвления приставки и промежуточных трансформаторов тока цепи торможения:

Для стороны ВН: А, номер ответвления – 2;

Для стороны СН: А, номер ответвления – 4;

Для стороны НН: А, номер ответвления – 2;

Результаты расчётов помещены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Результаты расчётов

Наименование величин	Обозначение и метод определения	Числовые значения для сторон
		110 кВ	35 кВ	6 кВ
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора на основной стороне, А	по [9, табл.4.1]	4,6	−	−
Расчётный ток ответвления автотрансформаторов тока на неосновных сторонах, А		−	4,1	4,63
Тип автотрансформаторов тока в плечах защиты	По [9, табл. 4.3]	−	АТ-32	−
Номинальный ток используемого ответвления автотрансформатора тока, к которому подводятся вторичные токи в плечах защиты, А	По [9, табл. 4.3]	−	4,09	−
Номер используемого ответвления автотрансформатора тока, к которому подводятся вторичные токи в плечах защиты	По [9, табл. 4.3]	−	1-9	−
Номер используемого ответвления автотрансформатора, к которому подключено реле	По [9, табл. 4.3]	−	1-7	−
Номинальный ток используемого ответвления автотрансформатора, к которому подключено реле, А	По [9, табл. 4.3]	−	2,5	−
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора на неосновной стороне, А	По [9, табл. 4.1]	−	2,5	4,6

Продолжение таблицы 4.1

Наименование величин	Обозначение и метод определения	Числовые значения для сторон
		110 кВ	35 кВ	6 кВ
Номер используемого ответвления трансреактора	По [9, табл. 4.1]	2	6	2
Расчётный ток ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения реле, А		4,56	2,49	4,59
Номинальный ток принятого ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения (приставки), А		3,75	2,5	3,75
Номер используемого ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения (приставки)	По [9, табл. 4.4]	2	4	2

7. Определение первичного тормозного тока, соответствующего началу торможения.

Торможение осуществляется на всех сторонах силового трансформатора, тогда выбор уставки «начало торможения» производится по выражению . Первичный тормозной ток определяется по формуле:

, (4.8)

где ;

−коэффициенты токораспределения соответственно

для сторон ВН, СН, НН в расчётном нагрузочном

режиме.

Можно условно считать, что расчётный режим соответствует номинальному току в обмотках ВН и токам в обмотках СН и НН с коэффициентами

А.

8. Определение тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения

Ток небаланса в режиме, соответствующем началу торможения определяется по формуле:

, (4.9)

где − составляющая тока небаланса

от погрешности трансформатора тока. (4.10)

−коэффициент, учитывающий апериодическую

составляющую; − коэффициент, учитывающий

однотипность трансформаторов; − относительное значение

погрешности трансформаторов тока.

(4.11)

− составляющая тока небаланса от регулирования коэффициента

трансформации защищаемого трансформатора;

−относительная погрешность, обусловленная

регулированием напряжения на стороне ВН; − коэффициент

токораспределения, отражающий долю тока КЗ, протекающего по

обмотке ВН в расчётном режиме внешнего КЗ; −

относительная погрешность, обусловленная регулированием

напряжения на стороне СН; − коэффициент

токораспределения, отражающий долю тока КЗ, протекающего по

обмотке СН в расчётном режиме внешнего КЗ.

, (4.12)

− составляющая тока небаланса от несовпадений расчётных токов и

номинальных токов используемых ответвлений

автотрансформаторов тока; − расчётные значения токов

на неосновных сторонах для выбора схемы включения

автотрансформаторов тока или трансреактора реле ДЗТ – 21;

−номинальные токи принятых ответвлений.

9. Определение первичного минимального тока срабатывания защиты

Первичный минимальный ток срабатывания защиты (её чувствительный орган) с ДЗТ – 21 определяется из двух основных условий [9]:

1) отстройки от расчётного первичного тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения:

, (4.13)

где − коэффициент отстройки.

2) отстройки от тока небаланса переходного режима при внешнем коротком замыкании:

(4.14)

За основу для настройки принимается большее из этих двух значений.

По первому условию А.

По второму условию А.

Тогда за основу для настройки реле принимается А.

10. Определение относительного минимального тока срабатывания реле.

Ток срабатывания чувствительного органа реле устанавливается специальным пусковым сопротивлением. Значение этого тока определяется по формуле [9]:

, (4.15)

где − коэффициент трансформации трансформатора тока для

расчётной стороны;

−коэффициент схемы для расчётной стороны.

Расчётной стороной, то есть стороной, для которой взяты все величины в выражении (4.15), принимается та неосновная сторона, где ток принятого ответвления трансреактора или автотрансформатора, то есть в максимальной степени отличается от расчётного, то есть от. В данном случае такой стороной является сторона НН, тогда:

А.

В формуле ток , определённый для напряжения 115 кВ, приводится к 6,6 кВ.

11. Определение коэффициента торможения защиты.

Коэффициент торможения выбирается из условия недействия защиты от тока небаланса при внешнем трёхфазном КЗ в максимальном режиме работы системы.

, (4.16)

где − коэффициент отстройки;

А − максимальный ток внешнего трёхфазного

короткого замыкания (на шинах НН);

−расчётный ток небаланса, определяемый по формулам (4.9), (4.10), (4.11), (4.12) для тока внешнего трёхфазного КЗ в максимальном режиме. При этом рекомендуется принимать , а.

Полученное расчётное значение выставляется на реле ДЗТ – 21 при помощи переменного резистора.

12. Расчёт тока срабатывания дифференциальной токовой отсечки

Большая эффективность тормозных свойств реле ДЗТ – 21 при наличии апериодических составляющих в токе КЗ может дать отрицательные результаты [9]. Для обеспечения надёжности и уменьшения времени действия реле при больших кратностях тока КЗ в защищаемой зоне, в том же комплекте ДЗТ – 21 предусмотрена дифференциальная токовая отсечка, то есть дифференциальная защита без отстройки от апериодической составляющей и без тормозных свойств. Первичный ток срабатывания дифференциальной токовой отсечки определяется как наибольший из двух условий:

1. отстройки от броска тока намагничивания:

, (4.17)

где − коэффициент трансформации трансформатора тока для

стороны ВН;

−коэффициент схемы для стороны ВН.

А.

2. отстройки от тока небаланса при внешнем трёхфазном КЗ:

Расчётный ток небаланса определяем по выражению (4.9), но с большим коэффициентом :

Тогда А.

Таким образом, лимитирующей является отстройка от броска тока намагничивания, и для настройки реле принимается первичный ток 1912,2 А.

Чувствительность дифференциальной защиты на полупроводниковом реле ДЗТ – 21 не проверяется, так как она заведомо выше требуемой согласно ПУЭ [2]. Чувствительность дифференциальной токовой отсечки не определяется, так как она является вспомогательным элементом.